ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ ВОЛГОГРАДСКОЙ

***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 1 (29), 2013
Н И Ж Н Е В О ЛЖ С КОГ О А Г Р ОУ Н И В Е РС И Т ЕТ С КОГ О КО МП Л Е КС А
АГРОНОМИЯ И ЛЕСНОЕ ХОЗЯЙСТВО
УДК 631.41
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ ВОЛГОГРАДСКОЙ АГЛОМЕРАЦИИ
А.А. Околелова, доктор биологических наук, профессор
Волгоградский государственный технический университет
Г.С. Егорова, доктор сельскохозяйственных наук, профессор
А.С. Касьянова, аспирант
Волгоградский государственный аграрный университет
В статье изложены материалы, посвященные исследованию содержания в почвенном
покрове урболандшафтов, агроценоза, естественных угодий валовых и подвижных форм свинца,
кадмия, цинка, ртути и кобальта.
Ключевые слова: тяжелые металлы, валовые и подвижные формы, почвы,
степень подвижности, предельно допустимые концентрации.
Изучению тяжелых металлов в почве посвящено большое количество
исследований. В лесостепном и степном Поволжье активно изучалось накопление
тяжелых металлов в почвах [1]. Изучено содержание валовых форм тяжелых металлов в
Природных парках Волгоградской области [8].
Тяжелые металлы – это элементы, которые могут поступать в почву в любом
агрегатном состоянии. По известной биологической классификации химических
элементов тяжелые металлы принадлежат к группе микро- и ультрамикроэлементов [2].
ПДК тяжелых металлов специалисты рассматривают как непостоянные относительные
величины, зависящие от почвенно-экологических условий региона [2; 5].
Пределы колебаний в незагрязненных почвах достаточно велики и для цинка
составляют 10-300 мг/кг, ртути – 0,01-0,8.
Фоновое содержание свинца в почве европейской части России изменяется в
интервале от 15 до 47 мг/кг. Большая часть соединений свинца отличается невысокой
растворимостью [6]. Нормальное содержание кобальта в поверхностном почвенном слое
изменяется в широких пределах: от 1 до 40 мг/кг [9].
Городские почвы, являясь ключевым компонентом урболандшафтов, выступают в
качестве основного накопителя тяжёлых металлов. В данной работе мы рассматриваем
загрязнение почв Волгограда и его окрестностей тяжёлыми металлами: Pb, Cd, Zn, Hg, Co.
Объектами исследования послужили светло-каштановые супесчаные почвы ОАО
«Химпром» и его санитарно-защитной зоны (СЗЗ) (Кировский район), ОАО
«Волгограднефтемаш», черноземовидная (темноцветная) супесчаная почва Купоросной
балки и светло-каштановая солонцеватая суглинистая почва УНПЦ «Горная поляна»,
находящаяся на удалении 30 км от второй продольной магистрали. ОАО
«Волгограднефтемаш» расположен в черте Советского района Волгограда. Расстояние от
завода ОАО «Волгограднефтемаш» до автомагистрали составляет 10 – 12 м. Купоросная
балка расположена на расстоянии около 2,5 км от главного корпуса Волгоградского ГАУ
и в 500 м к северу от дачного посёлка «Мичуринец».
Для оценки антропогенной нагрузки было определено содержание валовых и
подвижных форм тяжелых металлов в гумусовых горизонтах почв исследуемых объектов.
Отбор почвенных образцов проведён согласно существующим ГОСТ. Анализы почв
проводились в ИЦ ФГУ «ЦАС Волгоградский».
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 1 (29), 2013
Н И Ж Н Е В О ЛЖ С КОГ О А Г Р ОУ Н И В Е РС И Т ЕТ С КОГ О КО МП Л Е КС А
Атомно-адсорбционным методом определяли валовое содержание Pb, Cd, Zn, Co на
приборе «СПЕКТР-5», а содержание Hg – на приборе «Юлия-МК». Подвижные
кислоторастворимые формы тяжёлых металлов определяли в вытяжках 1М NH4NO3 с pH
4,8 методом экстракции. Полученные результаты представлены в таблицах 1-3.
По данным таблицы 1 видно, что содержание Zn втрое превышает ПДК в почвах
ОАО «Волгограднефтемаш» и СЗЗ «Химпром», вдвое – в почвах УНПЦ «Горная поляна»,
в 1,4 раза – в почве УНПЦ «Горная поляна» и только в почве Купоросной балки его
концентрация меньше ПДК.
Таблица 1 – Валовое содержание тяжёлых металлов в почвах, мг/кг
Объекты исследования
Pb
Cd
Zn
Hg
Co
ПДК
32,0
0,5
55,0
2,1
Нет
ОАО «Химпром»
СЗЗ ОАО «Химпром»
16,2
19,1
0,19
0,8
77,0
157,5
0,12
0,03
7,8
5,0
ОАО «Волгограднефтемаш»
60,8
0,16
165,2
0,01
1,55
УНПЦ «Горная поляна»
10,0
0,09
102,0
0,05
3,73
Купоросная балка
7,3
0,14
32,7
0,03
3,18
Валовое содержание Pb в два раза превышает предельно допустимые концентрации
в почве ОАО «Волгограднефтемаш», в почвах остальных объектов ниже установленного
ПДК. Концентрация валовой формы Co наибольшая в почве ОАО «Химпром» и его
санитарно-защитной зоне. Превышение ПДК для Cd в 1,6 раза отмечено только в почве
санитарно-защитной зоны ОАО «Химпром». Валовая доля Hg в 20 и более раз ниже ПДК
в почвах всех изучаемых объектов.
В почве ОАО «Волгограднефтемаш» наибольшее накопление Pb (60,8 мг/кг), Zn
(165,2), повышенная аккумуляция Cd (0,16), в почвах ОАО «Химпром» и его СЗЗ
максимальная доля Cd (0,19 мг/кг), Со (7,8), Hg (0,124), Zn (157,5). Отчетливо видно
наименьшее содержание Pb, Zn, Hg и Cd в почве Купоросной балки. Очевидно, что
максимальное содержание валовых форм тяжелых металлов в окрестностях
промышленных предприятий. По данным отчета за 1994 г. в почвах окрестностей этого
предприятия доля свинца составляла 15-75 мг/кг, цинка – 100-270 [4].
Ранее нами был проведен мониторинг (2006-2009 гг.) концентрации валовых форм
тяжелых металлов в СЗЗ ОАО «Химпром» (табл. 2) [3].
Таблица 2 – Концентрация валовых форм тяжелых металлов
в верхнем слое почвы СЗЗ ОАО «Химпром», мг/кг
Диапазон
Pb
Cd
Zn
Hg
Min
9,80
0,17
132,7
0,014
Max
34,3
1,07
370,8
0,055
Среднее
20,08
0,21
228,6
0,024
Со
6,36
9,09
7,54
Отчетливо видно, что содержание валовых форм тяжелых металлов по данным
2010 г. не выходит за пределы их колебаний в предыдущие годы. Наиболее
информативными показателями антропогенной токсикации тяжелыми металлами
исследуемых почв являются концентрации валовых форм цинка и свинца.
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 1 (29), 2013
Н И Ж Н Е В О ЛЖ С КОГ О А Г Р ОУ Н И В Е РС И Т ЕТ С КОГ О КО МП Л Е КС А
Нами впервые была определена доля подвижных форм тяжелых металлов в почвах
урболандшафтов Волгограда, сведения о которых приведены в табл. 3. Превышение ПДК
подвижной формы Zn повсеместно, особенно в почве ОАО «Волгограднефтемаш» (в 5,9
раза) и почти в 4 раза – в почвах СЗЗ ОАО «Химпром» и УНПЦ «Горная поляна».
Таблица 3 – Содержание тяжёлых металлов в подвижной форме
в почвах исследуемых объектов, мг/кг
Объекты исследования
Pb
Cd
Zn
ПДК
6,0
0,2
23,0
ОАО «Химпром»
15,0
0,16
39,1
СЗЗ ОАО «Химпром»
18,1
0,6
89,8
ОАО «Волгограднефтемаш»
9,0
0,09
135,0
УНПЦ «Горная поляна»
7,45
0,08
91,5
Co
5,0
2,11
1,98
1,32
3,15
Превышение подвижных форм Pb в 2,5-3 раза отмечено, соответственно, в почвах
ОАО «Химпром» и его СЗЗ. Доля подвижного Cd превышает ПДК в 3 раза в санитарнозащитной зоне ОАО «Химпром». Наименьшая аккумуляция подвижных форм Pb (7,42
мг/кг) и Cd (0,08) выявлена в почве УНПЦ «Горная поляна», Со (1,32) – в ОАО
«Волгограднефтемаш». Концентрация подвижных форм Со во всех почвах значительно
ниже ПДК.
Концентрация подвижных форм тяжелых металлов также, как и их валовых форм,
наибольшая на территории и в окрестностях промышленных предприятий. Более чёткое
представление о миграции тяжёлых металлов и их соединений даёт степень подвижности,
которую определяли по формуле:
Sп=ТМп/ТМв×100 %,
где Sп – степень подвижности ТМ, %; ТМп, ТМв – содержание ТМ в подвижной и валовой формах
соответственно, мг/кг.
Ниже приведен расчет степени подвижности тяжелых металлов в почвах
исследуемых объектов (табл. 4).
Таблица 4 – Степень подвижности тяжелых металлов в почвах, %
Объекты исследования
Pb
Cd
Zn
Co
ОАО «Химпром»
92,6
84,2
50,8
27,1
СЗЗ ОАО «Химпром»
ОАО «Волгограднефтемаш»
УНПЦ «Горная поляна»
94,8
14,8
74,5
75,0
56,2
88,8
57,0
81,7
89,7
39,6
85,1
84,5
Из таблицы 4 видно, что степень подвижности очень высока, особенно для свинца
– до 92,6-94,8 %. Превышение ПДК подвижной формы Zn повсеместно, особенно в почве
ОАО «Волгограднефтемаш» (в 5,9 раза) и почти в 4 раза в почвах СЗЗ ОАО «Химпром» и
УНПЦ «Горная поляна». Превышение подвижных форм Pb в 2,5-3 раза отмечено
соответственно в почвах ОАО «Химпром» и его СЗЗ. Доля подвижного Cd превышает
ПДК в 1,2 раза. Наименьшая аккумуляция подвижных форм Pb (7,42 мг/кг) и Cd (0,08)
выявлена в почве УНПЦ «Горная поляна», Со (1,32) – в ОАО «Волгограднефтемаш».
Концентрация подвижных форм Со во всех почвах значительно ниже предельно
допустимой концентрации.
***** ИЗВЕСТИЯ *****
№ 1 (29), 2013
Н И Ж Н Е В О ЛЖ С КОГ О А Г Р ОУ Н И В Е РС И Т ЕТ С КОГ О КО МП Л Е КС А
Степень подвижности является индикатором оценки миграционной способности
тяжёлых металлов в почвах и сопредельных средах. И свидетельствует об опасности
загрязнения почвенного профиля и сопредельных сред поллютантами, а также об
увеличении ареала загрязнения почвенного профиля. Это доказательство острой
необходимости организации мониторинга почв урболандшафтов.
Выводы:
1. Максимальное содержание валовых форм тяжелых металлов отмечено в
окрестностях промышленных предприятий. Отчетливо видно, что наименьшее
содержание Pb, Zn, Hg и Cd выявлено в почве Купоросной балки.
2. Концентрация подвижных форм тяжелых металлов так же, как и их валовых
форм, наибольшая на территории и в окрестностях промышленных предприятий.
Библиографический список
1. Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими и культурными растениями в
лесостепном и степном Поволжье [Текст]: монография / Н.В. Прохорова, Н.М. Матвеев, Н.В.
Павловский, В.А. Прохорова. – Самара, 1998. – 132 с.
2. Алексеев, Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях [Текст]: монография /
Ю.В. Алексеев. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 142 с.
3. Динамика изменения содержания валовых форм тяжелых металлов в почвах Волгограда
[Текст] / И.В. Спиридонова, А.А. Околелова, Н.Г. Кокорина, А.С. Иванова // Плодородие. – 2010. –
№ 4. – С. 42-43.
4. Оценка степени загрязнения токсичными элементами периферии промышленных
предприятий гор. Волгограда [Текст]: отчет. Государственное геологическое предприятие
«Кольцовгеология». – Ессентуки, 1994.
5. . Пинский, Д.Л. Тяжелые металлы в окружающей среде [Текст] / Д. Л. Пинский,
В.Н. Орешкина // Экспериментальная экология. – М.: Наука, 1991. – С. 201-212.
6. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв [Текст]: учебное пособие / Под ред.
Д. С. Орлова, В. Д. Василевской. – М.: Изд-во МГУ, 1994. – 272 с.
7. Предельно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве [Текст]: ГН
2.1.7.2041-2006. – Введ. 2006-19-01. – М: Изд-во Санэпидслужбы, 2010. – С. 17-23.
8. Редкие и исчезающие почвы природных парков Волгоградской области [Текст]:
монография / В.М. Кретинин, В.В. Брагин, К.Н. Кулик, В.М. Шишкунов/ ВНИАЛМИ. –
Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2006. – 144 с.
9. 9. Kabata-Pendias A., Pendias H. 1999. Biogeochemia pierwiastków śladowych. PWN
Warszawa.ss 398.
E-mail: allaokol@mail.ru